全固态数字中波广播发射机的防雷

王刚

摘 要：全固态数字中波发射机已经全面取代电子管中波发射机，其性能特点是电子管发射机无法相比的，但其抗雷击能力较差，经常因雷击导致发射机停播，因此，全固态数字中波发射机的防雷尤为重要.

关键词：固态发射机 防雷措施

某台三套节目的主备机均为数字调幅全固态发射机。该台是一个多雷地区，据统计，该地区年均落雷30多次，特别是夏季。该台高120米天线，直接落雷至少5次以上。如果没有防雷措施，足以毁坏发射天线及传输、发送设备等。二座120米拉线铁塔，矗立在旷野之中，用于三套中波节目的发射。假若在播出时遇上雷雨天气，天线遭雷击，而天线没有采取任何防雷措施，塔体底部的瓷瓶表面雨水流向地表，此时极易产生过压拉弧，从而导致底座瓷瓶损坏。为了使天线获取尽可能大的高频辐射能量，在天、馈线间，均置有匹配网络，它是由高频电容器、电感器等结组成。显然雷击同样对电容、电感等器件构成威胁。雷电对用于传送高频能量的馈线、中波发射机、电源设备等等，均可沿途光顾，损坏系统设备。原来的电子管中波发射机，为了安全应用播出，一般采用如下的防雷方法：

1.放电球的应用：当发射天线遭遇雷击时，天线底座造成极高的电压，首选采用尖端放电原理，即在天线底座应用一对半球状金属放电器对地，球径约为100 mm，恰当调整好放电器的两半球间距后，既能起到雷击天线瞬间泄放电荷能量的作用，又可保障正常播出。通常我们设计室外金属放电器球间的间隙距离如下：已知：一台10KW发射机，天线高120米。测某频率点的输入阻抗为：ZA=RA±jXA=605-j161；计算：天线底座输入电流：I=（P0/RA）1/2=（10000/605）1/2≈4.066A，Imax=1.225I≈4.98A；天线输入端电压为：U=I×|ZA|=4.0655×（6052+1612）1/2≈2545.23V，Umax=2×21/2V≈7198V；考虑到阴雨冰雪天气的影响，置于室外放电球的放电间距取1.5～1.8mm/1kV，则1.5mm×（Umax÷1kV）=10.797mm。我们实际调整取12～13mm间距。

2.安装静电泄放线圈：在天线输入端接入一只毫享级的线圈下地，其作用可以有效的对静电构成良好的下地通路。而对中波广播发射频率则呈现很高的阻抗，对高频能耗极小。

3.封锁装置：在发射机控制系统中，安装一套平衡封锁装置，或驻波比封锁装置等。当天线设备遭雷击，其控制接点将发射机高压切断，从而起到保护发射机末级电子管等设备。

全固态中波发射机的特点，使用了大量的微处理器件和半导体器件，功放应用IRFP350场效应管。它具有寿命长，指标好，耗能低，效率高，維护量少等优点。但全固态器件脆弱，耐压低，抗干扰性能差，易击穿，易损坏是其致命弱点。因此，应用全固态中波发射机，就要周密考虑防串扰，要设计多道防雷设施。主要采用如下措施：

1.接入泄放线圈，考虑到雷电的主要成份是直流，因此在天线输入端并接一只微享级电感线圈下地，约60μH至100μH，线圈对雷电流构成了良好的下地通路，可起到直接泄放巨大的雷电流的作用。

2. 在天馈调配室内加装石墨放装置，从天线输入端加装一组石墨放电球，在其接地引线上，套上30～40只磁环。当天线遇雷击，石墨放电球放电，石墨本身具有一定的阻尼放电作用。如果发射机处于正常运行期间天线遭遇雷击，放电球放电时，巨大的电流通过接地引线，流进大地，穿于接地引线上的磁环产生反向电动势，就起到阻尼放电作用，使发射机的高频能量不会完全短路。这样，在发射机控制电路保护动作前，就已起到保护作用。石墨放电球间距的调整计算如下：在上例中的10KW发射天线，其输入端并接入微享级线圈后，输入阻抗为：ZB=RB±jXB=411.93+j311.74；我们不难计算可得，IB≈4.93A；UB≈2545V；UBmax≈7200V；室内放电球放电间距取1mm/1kV，则距离为：UBmax÷1kV×1mm=7.2mm；考虑各种因素，取1.1至1.3的安全系数，所以我们实际调整该石墨放电球间距为9mm。

3. 在天线引入调配网络前接入隔离电容器，串入一只大容量电容器C（约1000pF至2200pF），它对高频输出通路无妨碍，但对雷电直流可起到良好的隔离作用。天馈匹配网络有多种选择，我们首选二阶带通滤波器匹配网络，对各种杂波串扰起到良好的陷波、阻隔作用。应用移相网络，我们知道，高频通路中的网络、传输线都会产生移相。当天线遭雷击放电球短路时，发射机负载阻抗骤变，这就容易造成发射机输出端过压，损坏功放管。我们设计安装一组相移网络，当放电球短路时，通过相移网络，使得发射机负载阻抗的变化，仍然在允许承受范围之内，充分保障了发射机的安全。

电源系统防雷主要是两条：一是电力电缆应有金属屏蔽层，埋地进出机房；二是在电源上逐级加装电源避雷器，实现多级防护，即在变压器的高压端加装高压避雷器，低压端加装低压避雷器，在交流配电屏和直流配电屏分别加装交、直流避雷器。对于需要使用交流稳压的设备，可用带防浪涌功能的UPS做其供电设备。

根据该台的实际情况，我们制定了相应的防雷电措施，但电台防雷是一项复杂的系统工程，在实际维护过程中要认真、严谨，在采用上述防雷措施的改进后，该台三部机器运行平稳，经受了一次又一次雷击考验，取得了较为满意的结果。

参考文献

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[2] 蔡以松.发射台防雷问题分析及措施[J]. 广播与电视技术，2013

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